CN1074691C - 接合金属板的方法和装置以及热带轧机 - Google Patents

Abstract

一种用于接合金属板的接合装置，它包括：一交叠装置，用于将金属板要接合的部分交叠在一起；至少两个支承装置，用于在金属板一侧支承金属板交叠部；以及一剪切刀片，它布置在支承装置的对面位置上，以夹压金属板的交叠部；其中，设有一用于相对移动所述剪切刀片和所述支承装置中至少一个的移动装置，以夹压位于支承装置与剪切刀片间金属板的交叠部分。一种接合方法的特征在于，采用上述装置来接合金属板。

Description

接合金属板的方法和装置以及热带轧机

本发明涉及一种接合金属板的方法，尤其是涉及一种接合热轧板的方法，当采用一组粗轧机和一组精轧机轧制热轧板时，该方法通过在短时间内接合热轧板可以进行连续轧制。

通过连续进行精轧以提高产量和质量并且在金属板热轧设备中实现自动操作，是非常需要的。其关键技术在于热轧板(此后称为“薄板坯”)的连接。在冷轧板的场合，可以接合板并进行连续轧制，因为轧制的板薄并且接合的强度足够。然而，却很难用焊接来接合板坯，因为薄板坯厚而且轧制速度(轧板的传送速度)快于冷轧机(因为必须在板坯温度降低之前完成轧制)。

过去曾提出过许多种接合薄板坯的方法，例如电加热法、气体加热法、熔断(melt-chopping)法以及摩擦法。然而，这些方法还不能令人满意。不能令人满意的最重要的原因是它需要很长时间去接合薄板坯。在现有的接合装置中，如果薄板坯的接合不能在短时间内完成，则接合装置的行走长度将变大，因为轧制板坯的速度很快，正如上述那样。因此，很难实现这一种装置。另一方面，当接合装置是固定的类型时，需要一大的活套挑(looper)以聚集板坯，因为薄板厚度通常为20-50mm。过去，至少需要20-30秒来接合薄板，其中包括接合准备、去除推压产生的翻转(roll-over)和毛边等。日本专利申请公开No.4-187386号和日本专利中请公开No.6-39405号公开了缩短板坯接合时间的技术。

在这些技术中，可以按这样的方式获得牢固的治金接合，即，将前后两块轧制板的端部切掉并同时摩擦(必要时使其相互对接)，以使两轧制板的干净表面相互直接接触而不在热轧板表面上留有氧化膜。

作为在短时间内完成接合的一种方法，有如平成6年(1994年)塑性加工春秋学术会议论文集第455页所公开的一种向上顶出坯料法(push back blanking method)。在这一方法中，把要接合的材料相互交叠在一起，用一模具和模板(stripper)保持住，然后用冲子推压进去，从而将材料接合。按照这一方法，材料的剪切表面在瞬间接合，所以可获得高接合强度。

本发明的发明人做了一系列的试验，在这些试验中将JPA 4-187386、JPA6-39405所公开的技术应用于具有各种厚度的热轧板的多种材料，结果发现，当轧制的板由碳钢或不锈钢制成并且厚度大时，接合的强度不充分并且轧制时接合部位有时会出现断裂。轧制期间轧制板的破断会划伤轧辊表面而且整条生产线只得停止，这会严重降低生产效率。

另外，向上顶出坯料法是冲裁的一种应用，它使用冲子和模具，而且不能用于接合金属板，特别是对于厚度都为数十毫米的板坯，而接合金属板正是应用本发明的目的。

本发明的目的在于消除上述现有技术中存在的缺点，并提供一种接合金属板的方法，特别是接合热轧板的方法，该方法可在短时间内接合金属板并获得足够的接合强度。

为了达到上述目的，根据本发明可提供一种用于在金属板的端侧接合金属板的接合装置，包括：一交叠装置，用于将金属板要接合的部分交叠在一起；至少两个支承装置，用于在金属板一侧支承金属板交叠部；一剪切刀片，它布置在支承装置的对面位置上；以及一用于相对移动所述剪切刀片和所述支承装置中的至少一个的移动装置，其特征在于：所述剪切刀片具有这样的形状：所述剪切刀片的剪切边缘部比该剪切刀片的其它边缘部更接近金属板的交叠部；所述剪切刀片的延长线与所述支承装置相交；借助于所述剪切刀片和支承装置的相对运动，把要被接合的板的交叠部夹持住，并经加压而产生塑性延伸，使该金属板的干净端面彼此压向对方。

作为用于交叠将要接合的部分的交叠装置，有如下面的装置：一种是在剪切刀片附近交叠金属板的装置，这种装置通过上下移动一台架来实现交叠动作，该台架从下侧支承将要接合的金属板中的一块，其动力采用液压动力、气压动力以及电动机动力等；另一种装置在其中设有辊支承件，该辊支承件用于传送要接合的金属板，在接合装置周围有不同的高度，当金属板到达接合位置时它们被自然地交叠。只要能将要接合的金属板在接合装置处交叠在一起，任何装置都可以。

对于支承下侧金属板交叠部的支承装置来说，通常是沿着支承作用于金属板的重力的方向支承该交叠部，也就是从下侧支承。然而，当金属板是磁性材料时，也可从上侧用磁力支承，或者从横向侧沿垂直方向将它们保持住。支承装置可以为立方形、三角柱形、圆柱形，并且只要支承装置的形状在剪切刀片推压进金属板时不改变，那么任何支承装置都可以使用。

按照接合装置的上述结构，可以在短时间内进行足够牢固的金属板接合。特别是可以提供一种适合于接合轧制材料(称为薄板坯)的接合装置，这种装置布置在粗轧和精轧的热带轧机之间，并且由于这两种轧机之间轧制速度的差别而有必要设置这种装置。

在第一项本发明中，最好剪切刀片动作轨迹的延长线与其中一个支承装置相交。剪切刀片动作轨迹的延长线与其中一个支承装置相交指的是，假如剪切刀片可在假想直线上移动，当该刀片向要接合的板移动并超过它时该剪切刀片将碰到该支承装置。换句话说，它意味着在接合中存在这样一部分，该部分夹在剪切刀片和支承装置间并受到推压。当剪切刀片移动从而留下一弯曲的动作轨迹时，该可移动剪切刀片和/或支承装置布置得使该轨迹的延长线与支承装置相交。通过这样布置该可移动剪切刀片和支承装置，可对要接合的板进行压缩并且在压缩期间沿着与压缩方向垂直的方向使其伸长，从而使要接合的板的清洁表面相互推压，提高接合强度。

在第一项发明中，最好剪切刀片具有这样的形状，剪切刀片的、更靠近与上述动作轨迹相交的那一支承装置的下边缘部，比起更靠近另一支承装置的另一下边缘部，更接近要接合的板的交叠部。例如，如图3所示，当从要接合的板的一侧观看时，剪切刀片的断面大体为尖角形。

由这样的剪切刀片的结构，可使要接合的板的弯曲角变小，从而易于在接合后矫直接合部。另外，即使是小动力也足以驱动剪切刀片或支承装置。

在第一项发明中，最好是剪切刀片沿直线向支承装置相对移动，并且当沿着笔直的动作轨迹线观看时剪切刀片与该支承装置重叠。这意味着该剪切刀片动作轨迹的延长线与其中一支承装置相交，并且剪切刀片沿直线移动。由于剪切刀片笔直地移动，所以该装置具有可使结构简单的效果。

在上述发明中，支承装置与剪切刀片的重叠部长度当沿要接合的板的长度方向测量时最好为10mm或更小。

即使没有重叠，也可获得一定的接合强度。具体地说，虽然对于软的铝材来说这不存在什么问题，但当要接合的板厚时，则设置上述一定的重叠部可增加接合强度。

在第一项发明中，在接触要接合的板的上表面后，可移动剪切刀片的行程最好为交叠金属板最大厚度的50％或更大以及150％或更小。

在本发明中，最好通过使金属板变形来接合金属板而不用剪切金属板。将金属板完全剪断需要很多能量来移动剪切刀片或支承装置。因此，剪切刀片的行程相对于金属板最好是该板厚度的50％或更大以及150％或更小。由这一结构，可以提供这样一种接合装置，它可用少的能量消耗来获得高强度的接合。

在第1项发明中，可设置这样一个装置，该装置可使接合装置在轨道上移动。对于布置在粗轧和精轧的带材轧机的接合装置来说，由于其结构使得可在与正轧制的热带的传送速度同步地移动接合装置期间完成接合，所以没有必要设置所谓的活套挑，该活套挑是通过使正轧制的带变形来调整传送速度。也就是说，连续轧制设备的结构变得简单。

在第一项发明中，支承装置可为具有凹形的单件结构或多件组合结构。这一结构使得接合装置简单并可减少和装置的造价。

在第一项发明中，最好金属板是热轧板(薄板坯)。要接合的金属板的温度最好较高，这是从易于变形的角度考虑。这样，可使接合所需能量降低并使接合强度增大。在接合冷的轧板的场合，可在接合前进行加热。在接合热带的场合，不需要加热装置，可使结构简单。

在第一项发明中，从板长度方向的横向侧观看时，推入金属板的剪切刀片的断面为诸如梯形那样的多边形，剪切刀片与板的接触面积连续地变化，剪切刀片中最先接触板那一部分与板的夹角可大约为0°。其形状可为直角和尖角。在尖角的场合，与板接触的点处的切线夹角为0°。沿着板表面垂直方向最先接触板的剪切刀片的角度，影响到剪切刀片的使用寿命，因此最好为90°或更大。另外，最好形成这样的剪切刀片形状，该形状使得当完成剪切刀片的推入时剪切刀片的后边缘被推入薄板坯的交叠部分。通过形成具有这样形状的刀片，相应于剪切刀片后边缘的下板交叠部进入到支承装置的凹部，从而可在接合区域产生大的推压力。

支承装置凹部的形状对接合强度影响很大。剪切刀片最先接触薄板坯的部位所对应的支承装置的形状，只要是沿着剪切刀片动作轨迹的形状即可，但最好是能使支承装置与动作轨迹的延长线相交的形状。例如，当剪切刀片的动作轨迹是垂直于薄板坯的一条直线时，最好它是倾斜形状，不垂直而是倾斜的，也就是说，相应于剪切刀片最先接触薄板坯的部位的支承装置上部边缘角等于或小于90°，并且随着凹部深度增大凹部的支承装置间在板坯长度方向上的距离也增大。由这一结构，使得在剪切刀片推入时变形的下板坯的整个交叠部分自锁并由凹部支承，从而当接合薄板坯时可在接合区域产生大的推压力。另外，最好将相应于剪切刀片最后接触板坯的部位的支承装置形成为这样的形状，该形状使其在如上述那样完成推压时咬入到下板坯内。通常，支承装置只要是沿着剪切刀片动作轨迹的形状即可，但最好是凸向剪切刀片方向的形状。

另外，将剪切刀片的工作条件说明如下。在本接合方法中，剪切刀片向薄板坯的推进速度对接合强度有很大影响。速度小，则氧化皮不易分离，它们与薄板坯一起变形，并且易于分布在接合表面上的宽范围内，在接合完毕后残留在那里。因此，最好采用高速。等于或大于5mm/s时较好，等于或大于50mm/s时则更好。

根据本发明接合方法获得的薄板坯接合表面在开始接合时处于薄板坯的纵向上，开始接合是指即将推压剪切刀片，此时的接合区域是交叠薄板坯的一部分。当剪切刀片下移时，剪切刀片推压进入接合表面使其变形，最后，它相对所剪切板坯的厚度方向处于一倾斜方向上。其角度根据剪切刀片与支承装置的重叠量和推进行程等接合条件而产生变化，并影响到接合后的轧制工序。角度越大，也就是接合表面变得越倾斜，则越能防止接合区域在轧制中断裂，使操作稳定。

保证轧制时的接合强度的方法之一是增大接合面积。为了达到这一目的，只要使剪切刀片和支承装置在从薄板坯上下方向观看时的断面形状(即在薄板坯宽度方向上的形状)为波即可。例如，当波形为90°的三角形所形成时，接合面积是直线场合的1.4倍；当三角形的角度为60°时，接合面积是直线场合的2倍；当波形为半圆形时，为1.57倍；当波形为矩形时，接合面积可增加相应于凸凹深度总和(增加的长度)的面积。此时，如沿薄板坯纵向缩短接合面积，则凸凹的深度减小而波的数目增多。

由于薄板坯的宽度一般为1000mm或更大，所以轧制的薄板坯(尤其是在后端)中心处的延伸率较大。因此，轧制时接合区域可能在宽度方向上的边缘断裂。为了防止这一断裂，最好在宽度方向上的两端部形成接合区域，使其比宽度中心处的接合区域更向薄板坯前方凸起。也就是说，当从薄板坯纵向的上下侧观看时，剪切刀片和支承装置的形状最好象V形，其中，剪切刀片和支承装置的两端凸向薄板坯前方。作为具体的形状，根据需要可选择向前的反三角形、半圆形或椭圆形。通过把上述波形排列在V形上，可以提高增加接合面积的效果，并可进行高可靠性的稳定操作。

在接合薄板坯过程中，一个目的就是接合前一块板坯的后端和后一块板坯的前端，以在后续工序中顺利进行精轧，因此必须去除接合区域之外的薄板坯的交叠部分(后面称之为剪料头)。去除剪料头的容易程度取决于剪切刀片和支承装置的形状。另外，接合条件，例如剪切刀片与支承装置的重叠量、推进行程等，尤其是推进行程的量，对其影响很大。

如上所述，根据本接合方法接合的区域相对厚度方向倾斜一定角度。虽然剪料头被切断，但剪料头与接合的薄板坯之间根据推进行程的量还残存有连接部分。作为分离剪料头的方法，可以采用这样的合适的方法，如在瞬间沿薄板坯长度或宽度方向推压剪料头的方法，用抓钩等工具分离剪料头的方法等。然而，为了使其易于分离，最好控制接合条件使得在接合的薄板坯与剪料头之间保持连接的部分在厚度方向上为5mm或更少。从这一出发点考虑，推进行程至少为板坯厚度或更大，最好为板坯厚度的1.2倍或更大。当推进行程为板坯厚度的1.2倍或更大时，保持连接的厚度减少，同时，接合部的塑性变形增大，从而接合强度也增大。另外，当仅对接合部除去氧化皮而不对薄板坯其它交叠部分去除氧化皮时，有利于剪料头分离，因为剪料头分离所需的力变小。相反，为了提高剪料头的可分离性，可在接合之前在除接合区域之外的交叠薄板坯表面上涂上陶瓷粉等惰性材料。在这一场合下，有可能需要在分离剪料头后从接合的薄板坯移去涂覆的材料。

移去剪料头需要一些方法，特别是在接合具有不同厚度或不同宽度的薄板坯的场合。在接合厚度不同的薄板坯的场合，推进行程是根据金属板中较厚的一块进行设定的。根据这一设定，较薄一块薄板坯所处的状态是，在接合时该薄板坯被完全切掉，因为几乎没有连着的部分留下。通过设置一控制器可使剪料头有效地分离，该控制器可通过测定要接合的薄板坯的厚度来自动调节推进行程。在接合不同宽度的板的场合，需采用一种剪切薄板坯的方法使得板的宽度在交叠后直到接合完成的过程中彼此相同，这种方法是将剪切刀片或支承装置分成多个，在板宽外面的刀片部分的推进行程增加一个与接合前的厚度等相应的行程量。

如上所述，在本发明的接合方法中，通过破碎金属板表面的氧化皮，在保持清洁的条件下进行接合。然而，破碎的氧化皮分散在接合表面，使接合面积大大减少。为了通过提高接合强度和增加接合成功的可能性，来确保具有高可靠性的可操作性，最好在交叠金属板之前对其表面进行去氧化皮处理。作为去除氧化皮的方法，有采用旋转刀具的机械磨削、机械拉削、喷射高压水、从乙炔气喷烧器喷射燃气体等。最好选择和使用一种在短时间内有效的方法。在这里，没有必要对所有交叠的表面进行去氧化皮处理。如上所述，最好在要将板变形成为接合表面的有限区域内进行去氧化皮处理。具体地说，最好在纵向10-30mm的区域内进行去氧化皮处理。

本接合方法主要是固相接合，它利用塑性变形。对于接合来说，温度、清洁度以及作用于接合表面的推压力是很重要的。如上所述，热轧材料达到800-1000℃的温度，然而，最好设置加热装置或温度调节器以获得稳定的接合强度。接合强度可通过提高材料的温度来增大。另外，温度调节总能使接合在恒定的条件下进行，提高接合装置的可靠性。

另外，根据第二项发明可提供一种热带轧机，包括：一中间卷绕机，用于卷取金属板；一矫直机，用于矫直来自所述中间卷取机的金属板；一接合装置，交叠来自所述矫直机的金属板并接合该金属板；一剪料头处理装置，用于分离在接合过程中形成的剪料头；以及一精轧机；其特征在于：所述接合装置包括：一交叠装置，用于将金属板要接合的部分交叠在一起；至少两个支承装置，用于在金属板一侧支承金属板交叠部；一剪切刀片，它布置在支承装置的对面位置上；以及一用于相对移动所述剪切刀片和所述支承装置中的至少一个的移动装置，其中：所述剪切刀片具有这样的形状：所述剪切刀片的剪切边缘部比该剪切刀片的其它边缘部更接近金属板的交叠部；所述剪切刀片的延长线与所述支承装置相交；借助于所述剪切刀片和支承装置的相对运动，把要被接合的板的交叠部夹持住，并经加压而产生塑性延伸，使该金属板的干净端面彼此压向对方。

本发明的第一项发明可用在该热带轧机中作为接合装置，并可有许多这样的效果：由于接合所需时间短所以可缩短轧机设备的全长，可以省去活套挑，轧制过程中不会在接合区域出现断裂，由于可获得足够的接合强度所以不会划伤轧辊表面。

按照本发明的第三项发明，可提供所述重叠部在金属板纵向上等于或小于10mm。

作为沿纵向使要接合的金属板延伸的方法，只要能沿纵向在金属板中产生拉伸应力即可。然而，由于当施加作用力的点之间的距离隔得太远时不能获得大的变形率，所以最好将两作用点间的距离设定得短，以获得大的变形率。术语“纵向”用来与术语“厚度方向”形成对比。也就是说，没有必要平行于纵向地延伸，但延伸方向可能相对厚度方向(要接合的金属板的上下方向)倾斜。通过同时延伸金属板并大体在与延伸方向垂直的方向上使延伸部分相互推压，从而将要接合的金属板牢固地接合在一起。1000％的变形率本身不是一个临界值。变形速率越大，则接合表面的清洁度越高，从而金属板的接合也就越牢固。变形率的大小是可以控制的，这取决于所需接合强度的绝对值。在接合热轧板的过程中，接合表面的清洁度是很重要的。通过延伸要接合的金属板、产生很大的变形率，可以使形成在热轧板表面的氧化膜剥落以露出清洁的表面。通过使热轧板相互推压将清洁表面夹紧在中间，就可获得很强的冶金接合。由于所产生的清洁表面在大气中短时间就会氧化，所以最好不让形成的清洁表面暴露在大气中，方法是施加使扩展的金属板相互推压的力，使其紧紧接触在清洁表面上。根据不同的使要接合的金属板延伸的方法以及施加使扩展的金属板不均匀地相互推压的力的方法，接合方法也有许多变形形式。按照本发明的接合方法的变化形式将在下面加以说明。

一种接合金属板的方法，包括如下步骤：交叠至少两块金属板以形成交叠部；在纵向上约束金属板的整个交叠部；靠一剪切刀片和一支承装置，沿着所述金属板的厚度方向从金属板外侧在金属板的交叠部的至少一部分上施加夹压该至少两块金属板的压力，以使金属板塑性变形，并使该一块金属板的塑性变形的端部推至另一块金属板的塑性变形的端部，并相互挤压所述的塑性变形的端部，从而接合金属板，其中，所述的剪切刀片和支承装置设置成：在该金属板的纵向，所述剪切刀片的刀片缘部与所述支承装置交叠。

此时，受到推压力作用的交叠金属板的那一部分延伸并产生沿纵向移动金属板的力。然而，由于金属板受到约束不能在纵向上移动，所以产生平行于金属板纵向的压力。该产生的平行于金属板纵向的力就是本发明原理中推压延伸部分的夹压力。也就是说，只需用向金属板交叠部分的一部分施加夹压力这一单个动作，即可使要接合的金属板扩展并在同时将用于夹压的压力施加到该扩展部分。作为一种对沿着金属板厚度方向大体相互平行地交叠的金属板从金属板上下两侧施加夹压力的方法，可以使用对置压机(opposed-press machine)之类的装置，但用这样的装置难以获得大的延伸率。因此，最好使用相向并且偏移地布置刀片的设备，并且移动刀片使其相互接近，就象剪刀那样。这一操作可以通过想象这样一种情形而很容易地理解，在该情形中，用一把剪刀去剪弹性很大的橡胶片。当剪刀的刀片相互靠近以剪切橡胶片时，由于橡胶的高弹性，橡胶片不能很好地被切断，而仅是延伸。同样，当交叠金属板的一部分被偏置的剪切刀片从上下两侧推压时，在金属板中产生塑性流动，形成大变形率的延伸。采用什么形状的剪切刀片夹压金属板的交叠部分，是根据要施加压力的大小以及所需接合强度来调整的。约束金属板使其不沿纵向移动的最筒单方法是通过夹具的摩擦力机械地约束金属板。任何方法只要能约束金属板(例如利用电磁力的方法)都可使用，因为可获得本发明的效果。

前述结构的一个普遍化的例子是这样的，用于约束的装置是至少两副夹具，该两副夹具从上下两侧夹紧交叠金属板；用于施加夹压力的装置是一对剪切刀片，该一对剪切刀片布置在交叠金属板的两侧，并能施加一高于金属板屈服应力的压力。

使这一对剪切刀片中的一个为固定刀片，另一个为可移动刀片，两副夹具中设在可移动刀片对面的那一个也作为固定刀片。由此可使结构简化。

在上述结构中，决定接合强度大小最主要的因素是金属板延伸的程度。也就是说，随着剪切刀片动作行程增大延伸的程度也增大。在接合钢制金属板的场合，为获得一般所需的接合强度，一对剪切刀片在移动到与金属板上表面接触后的动作行程最好大于金属板厚度的50％。

为了进一步增加接合强度，该一对剪切刀片最好在剪切刀片的动作轨迹延长线上相互重叠。“重叠”这一术语意味着有这样一个部分，在这一部分，当从正上方观看上剪切刀片时上剪切刀片与下剪切刀片的一部分重叠。通过采用上述结构，在扩展金属板的过程中产生在金属板接合表面的压力变大，接合强度也相应变大。当接合的金属板是钢制的时，为了获得通常所需的接合强度，剪切刀片的重叠是最好等于或大于0.1mm。然而，当重叠量大于10mm时，就有在金属板宽度方向上的端部产生裂纹的可能性。上述数值是决定剪切刀片之间重叠量的依据，最佳值可在该依据的基础上用试验的方法来确定。

在上面说明中称为剪切刀片的部分也可用术语“压夹(pressingjig)”来表示，因为并不总须是一刀片。

在接合装置中，也可以是这样，一对刀片中的一个为固定刀片而另一个为可移动刀片，设置在可移动压夹对面的、两副夹具中的那一个夹具也作为固定刀片。

在上述结构中，从接合的角度来看，采用矩形的可移动压夹并不存在什么问题。然而，从接合后接合区域平直度的角度来看，则可移动压夹的形状最好是这样的，即，靠近上侧要接合的金属板接合部一侧的高度最低，而远离要接合的金属板接合部的另一侧高度较高。也就是说，可移动压夹最好形成为这样的形状，从金属板宽度方向观看时，可移动压夹的横断面形状为一扇形或不规则四边形，其中，可移动压夹的、连接在两边部之间的一侧为光滑曲线。

金属板交叠部分的形成方法除了将要接合的金属板简单地重叠外，也可以将两金属板对接并在对接部放上第三块金属板。虽然该方法中的接合过程比上述方法更复杂，但它具有可省去接合后的矫直工序以及接合过程中产生的剪料头量小这些优点。

另外，将设置在金属板上下两侧的两副夹具的每一副的上夹具和下夹具连接起来，并使两副夹具相互平行地移动，从而将两副夹具也作为两副压夹。虽然本发明的基本结构由6个压夹组成，也就是两副夹具和一对剪切刀片，但每一压夹都可以也起到其它压夹的作用。在上述方法中，本发明的效果可由总共4个压夹获得。上面这一情形的特点在于，将布置在上下两侧的夹具连接，以通过同时并且平行地移动该布置在上下两侧的夹具完成延伸和夹压动作，以推压金属。然而，由于在连接装置上作用有大的力，所以必须设计连杆、连接连杆的枢轴部以及每一夹具使其具有足够的强度。因此，可以认为，上述接合装置适合于这样的场合，即要接合的金属板由屈服应力小的铝或铜形成。

最好将上述接合装置应用于这样的热带轧机设备，该热带轧机设备包括一卷取金属板的中间卷绕机，一矫直从中间卷绕机送出的金属板的矫直机，一交叠并接合从桥直机送出的金属板的接合装置，一切除接合过程中形成的剪料头的剪料头去除装置，以及一精轧机。

下面详细说明本发明。在热带轧机设备的生产线上将前后两薄板坯交叠，将剪切刀片的重叠量设定为一规定值以在交叠部的一部分产生足够的应力从而形成塑性变形，将至少一个刀片(上侧的或下侧的刀片)沿着薄板坯厚度方向从上侧到下侧或者从下侧到上侧地推进薄板坯中，在两板坯中产生塑性变形以将上下两板坯的表面压接。图3示出剪切刀片布置的一个例子，其中，上剪切刀片向下压。在这里，当剪切刀片的推进深度(D)设定为大于薄板坯厚度的值时，可在变形过程中切掉对压接无用的端部废料(去除剪料头)，所以不是总有必要采用去除剪料头的装置。作为接合气氛，大气以及包括真空在内的非氧化性气氛都可以。由接合的机理可知，如果本发明是在非氧化气氛下进行，则可获得更好的接合效果。

薄板坯接合实际应用的关键点在于接合是否能在短时间内完成，以及如果在下一道轧制工序中接合区域不发生破断，其接合强度是否可以接受。本发明就是通过考虑这一点并取消不必要的过程而作出的。亦即，如上所述，将前后两块薄板坯交叠，将板坯的交叠部布置在上下剪切刀片之间，其中，剪切刀片的重叠量设定为一规定值，该规定值的重叠量可产生足够大的应力以在交叠部的部分产生塑性流动变形，并用夹紧的方式约束薄板坯，然后沿着厚度方向从上侧向下侧或从下侧向上侧将至少一个剪切刀片(上侧的剪切刀片或下侧的剪切刀片)移动进入薄板坯使两薄板坯变形，以将上下板坯的表面压合。在这里，能否接合板坯取决于是否在金属板中产生足够的塑性流动变形以及是否在金属板上作用有使其紧密接触所必需的推压力。也就是说，当发生塑性变形时，附着在板坯表面上的氧化膜不能够承受该变形从而从表面剥落。因此，接触表面清洁，并在同时相互推压而牢固地接合。此外，当在变形过程中板坯的表面受到摩擦时，接合表面受到激发，接合强度进一步得到提高。已经证实，在通常情况下，即使在大气中，以大约1mm/s的剪切刀片推进速度也可获得足以能承受轧制的接合。然而，当以高于500mm/s的推压速度使温度高于800℃的板坯(软钢)变形时，由上述摩擦作用产生摩擦热使板坯表面熔化或处于半熔化状态，并使表面上的氧化膜加速弥散化，从而进一步改善接合性能。增加推进速度对于增加接合强度非常有效，因为即使接合表面没有熔化推进速度的增加也能激发接触表面。

为了获得能够承受轧制的接合部，必须在塑性流动变形过程和接合过程中通过施加足够的推压力使板坯紧密接合。本发明的发明人用图17所示接合方法进行了多种试验，并且发现，通过将下剪切刀片的位置设定在图17所示上剪切刀片的可移动范围内，可用剪切刀片推压产生塑性流动变形，而该塑性变形在板坯接合表面之间产生推力，使板坯相互紧密接触。也就是说，通过适当调整上下剪切刀片的位置，当如图19所示那样使板坯发生塑性流动变形并将其接合时可产生推力，从而使接合部足够牢固以承受轧制。

另外，为了在推进剪切刀片的过程中产生更大的推压力，剪切刀片的形状是很重要的。例如，将图19所示形状中的顶端部半径设为240mm，即可产生大的推压力。相反，在顶端部形状设计成图14所示12度的场合，推压力小于图19的场合。虽然有必要根据要接合金属板的材料改变推压力，但可通过改变剪切刀片的形状来改变推压力。当剪切刀片的形状设计成图15所示平直形状时，可在整个宽度上接合，但需要大的推压力。然而，已从试验得知，当边部得以牢固地接合时可以获得能承受轧制的足够的接合强度。因此，在整个宽度接合并不总是必要的。可以将剪切刀片设计成图29所示波形，以不连续地进行接合。

如上所述，本发明是通过详细考察金属板坯接合过程而作出的。

根据本发明，由于一板坯的前端与一板坯的后端可以接合，所以可以将板坯连续地连接。另外，由于接合方法简单并且不需要任何其它的加热能量，所以该方法在装置的可维护性方面具有优势。由于该接合方法基本上是固相扩散接合，在接合区域不产生毛边，所以接合时间基本上由推进速度决定。例如，如果考虑推进速度为100mm/s的情形，可以理解，本发明的方法可以缩短接合时间。除此之外，虽然已证实，当推进行程设定为大于板坯厚度0.7倍的数值时可以牢固地接合板坯，但当剪料头去除和接合一次完成时，最好将推进行程设定为大于板坯厚度的值。在这一场合，不需要任何去除剪料头的装置。因此，本发明是连续地接合板坯的最好方法。

图1为示出本发明的热轧板接合装置的一个实施例的基本结构的图。

图2为示出本发明接合原理的图。

图3为示出在推压上剪切刀片的场合下上下剪切刀片位置关系的图。

图4为示出本发明接合过程的示意图。

图5为示出压接过程的图，该压接过程处于示出本发明接合原理的图中的塑性流动变形阶段。

图6为示出本发明接合加工顺序和所经过时间的一例的图。

图7为示出本发明中板坯厚度与重叠量之间关系的图。

图8为示出本发明中推进率与接合强度之间关系的图。

图9为示出本发明中推进速率或速度与接合强度之间关系的图。

图10为示出本发明中板坯温度、推进速度以及有无熔化之间关系的表。

图11为示出本发明接合装置一个实施例的横断面图。

图12为示出本发明接合装置的一个实施例的横断面图。

图13为示出本发明接合装置的一个实施例的横断面图。

图14为示出本发明接合装置中剪切刀片形状的一个实施例的横断面图。

图15为从板坯宽度方向观看的、示出本发明接合装置中剪切刀片形状一个实施例的横断面图。

图16为示出本发明的整个轧机设备的图。

图17为示出本发明的热轧板接合装置的一个实施例的基本结构的图。

图18为示出将本发明接合装置组合进热带轧机时的构成的视图。

图19为示出本发明接合过程的示意图。

图20为本发明接合装置的一个例子的、从薄板坯横向观看到的断面图。

图21为本发明接合装置一个例子的、从薄板坯横向观看到的断面图。

图22为本发明接合装置一个例子的、从薄板坯横向观看到的断面图。

图23为本发明接合装置一个例子的、从薄板坯横向观看到的断面图。

图24为本发明接合装置一个例子的、从薄板坯横向观看到的断面图。

图25为本发明接合装置一个例子的、从薄板坯横向观看到的断面图。

图26为本发明接合装置一个例子的、从薄板坯横向观看到的断面图。

图27为本发明接合装置一个例子的、从薄板坯横向观看到的断面图。

图28为本发明接合装置一个例子的、从薄板坯横向观看到的断面图。

图29为本发明接合装置一个例子的、从薄板坯上侧观看到的断面图。

图30为本发明接合装置一个例子的、从薄板坯上侧观看到的断面图。

图31为本发明接合装置一个例子的、从薄板坯上侧观看到的断面图。

图32为本发明接合装置一个例子的、从薄板坯上侧观看到的断面图。

图33为本发明接合装置一个例子的、从薄板坯上侧观看到的断面图。

图2示出按照本发明的接合原理。该图是从板的侧面看到的板的视图。两块将要接合的板的端部交叠在一起。两块板的交叠部分被从将要固定的上侧和下侧夹紧。然后，向下移动一剪切刀片。在剪切刀片动作轨迹的延伸区域与下侧夹具(下侧夹具可称之为“下剪切刀片”)之间有用阴影线示出的重叠部分。本发明中，这一带阴影线的部分称为中间受推部。这一部分受到上侧和下侧的推压，当剪切刀片向下移动时这一部分受到部分的压力逐渐增加，因为将要接合的金属板在夹具间受到约束，该压力仅在横向上释放。通过这一压力，在金属板的纵向上挤压该受推部中的金属。由这一压力，使金属板的该受推部产生塑性流动变形。在这一情况下，金属板产生大的塑性变形而不被受推部压力分开。虽然该塑性变形取决于重叠的量，但是在重叠量为2mm以及金属厚度为200mm的场合，一部分(例如上剪切刀片与上金属板之间的最早接触点附近的部分)的塑性变形率在此时为1000％或更大。在普通加工过程中难以产生这样高的变形率，但按照本发明的这种中间推压可以实现这样高的变形率。在向下移动上剪切刀片直到上板和下板的上表面和下表面对齐后，停止移动上剪切刀片。在本发明中，通过使上下金属板的塑性流动变形区域相互推压可以获得牢固的接合。可以认为，产生塑性流动变形部分的表面受到激发，因而可用小的推力(在这一场合，该力为平行于金属板纵向的应力)获得牢固的金属接合。

另一方面，由于传统方法的主要目的是通过剪切来切断金属板，所以不存在本发明中的这种重叠部分。也就是说，传统方法中的设备是一种通过剪切来切断金属板的剪切机。在这一场合，由于没有中间部，所以不能产生足够的压力。也就是说，在这种结构中存在这样一个问题，即接合强度低，这是因为没有象本发明那样产生足够的塑性流动变形。另外，在这种结构中由于不发生塑性流动变形，所以在绝大多数场合，与剪料头接触的金属板在接合处被切断。

基于上述原理的本发明的实施例将在下面详细说明。

实施例1

图1表示适合采用本发明的设备的基本构成。标号1是前一块薄板坯，标号2是随后的一块薄板坯。装置3用于将后面的一块薄板坯交叠在前面一块薄板坯上。交叠是这样完成的，即通过操作一升降装置4将后一块薄板坯交叠在前一块薄板坯上，通过包含于接合装置5中的位置调整机6来调整交叠量和设定上下剪切刀片的位置。在上下剪切刀片之间设有必要的重叠以产生足够的塑性流动变形。在用夹紧装置7夹紧板坯后，朝下刀片9推压上剪切刀片8直到达到板坯厚度2/3或更大的深度，以便通过产生塑性流动变形而接合板坯，然后用剪料头分离装置10完成剪料头分离，用矫直辊11矫直板坯，从而将两板坯接合起来。这样，完成了一序列的接合工序。完成接合后板坯很快运送到精轧机。在这里，如果在接合前有一道去除板坯表面上氧化膜的工序14，则可以获得更稳定的接合。

为了用图1所示设备对宽1200mm厚20mm的板坯进行连续热轧，在将温度为1000℃的前一块板坯与后一块板坯交叠并夹紧这两块板坯后，通过以0.1m/s的推进速度沿着板厚方向推进具有图4所示形状的上剪切刀片产生塑性流动变形来接合前后两块板坯，并对剪料头进行分离，然后使变形过程中变弯的板坯通过矫直辊以矫直板坯。这样，完成了接合。上下剪切刀片的重叠量为1.5mm。推进深度设定为22mm。这里指出重叠量表明上下剪切刀片的位置具有图3所示关系。也就是说，它表明下剪切刀片位于上剪切刀片的移动位置中。下面，根据图4和图5说明采用本实施例接合装置5的接合原理。图4表示各接合工序，图5表示塑性流动变形期间挤压接合工序的细节。标号Lg为上下剪切刀片间的重叠量。在将前后板坯的交叠部分置于上下剪切刀片之间并夹紧两块板坯以使其在塑性流动变形工序不产生移动之后，通过把上剪切刀片(下剪切刀片取决于装置)推进板坯使前后板坯变形。氧化膜被剥离。在该变形工序，推压力作用在两接合表面间使板坯紧紧接合，并且废料头12、13被分离。因此，在本实施例中，不操作剪料头分离装置，板坯被传送到矫直辊加以矫直。

图6示出使用接合装置5进行接合加工的顺序和经过时间的例子。各工序的顺序是交叠、夹具闭合、上下剪切刀片闭合、塑性流动变形(接合)、打开夹具和剪切刀片、分离剪料头以及矫直处理，接合所需整个时间为3秒。净接合时间，即塑性流动变形时间，在本实施例中为0.2秒，因此可以说本发明是缩短接合时间的最好方法。

前面已经说明了上下剪切刀片的重叠量和上下剪切刀片间的位置关系对于剥离氧化膜和在接合表面上产生推力很重要。下面还要根据图7进行说明。图7表示按照本发明的板坯厚度与重叠量的关系。接合在大气条件下进行，板坯的温度约为1000℃。接合强度是这样确定的，即从拉伸试验后的凸出段(teat piece)断面获取接合面积，并用接合面积消除破断载荷。推进速度为0.1m/s。推进深度设定为等于板坯厚度的值。重叠量前面的正负号表示如上所述的上下剪切刀片的位置关系。当重叠量为正时获得大的接合强度，当在厚为20mm的场合下重叠量大于+0.1mm时以及当在厚为30mm的场合下重叠量大于+0.3mm时，可以获得高于能承受轧制的强度的接合强度。当在厚为20mm的场合下重叠量为+3mm时以及当厚为30mm的场合下重叠量为+6mm时，可获得最大强度。虽然最佳重叠量随着板厚而产生变化，但有一点是明确的，即可通过在可使用板坯的厚度范围内将重叠量设定在0.5-15mm的范围内，从而获得可承受轧制的接合强度。

图8表示推进率与接合强度的关系。板厚为20mm,重叠量为5mm。推进速度为0.1m/s。结果表明，当推进深度大于约板厚的2/3时，可获得高于可承受轧制强度250MPa的接合强度。在板厚为30mm的场合下获得了同样的结果。其中，可承受轧制的强度是通过研究接合部的强度与承受轧制的能力之间的关系而获得的数值。

图9表示推进速率与接合强度之间的关系。重叠量设为定值5mm，板厚为20mm和30mm。在本试验范围内，接合强度随着推进速率从0.001m/s增加0.4m/s而增加。当推进速度超过0.5m/s时，强度的增加倾向是明显可见的。强度增加的原因在于塑性流动变形过程中的摩擦作用使接合表面熔化。也就是说，氧化膜的剥离和液相的存在都有助于改善接合率。

然而，图9也表明，为了获得可承受轧制的强度，不一定总要增大推进速度，也可以在接合时间和制造这些设备的限制范围内选择适合的推进速度。

图10表示板坯温度变形速度(Va)以及有无熔化的状态之间的关系。从图10可知当在板坯温度为800℃的场合下变形速度大于0.5m/s时，接合表面熔化；随着板坯温度增加，熔化开始时的变形速度朝着低速一侧变化，在板坯温度为1200℃的场合下变形速度为0.4m/s。尽管对于熔化开始温度高于1400℃的板坯来说结果是一样的，但可以知道，随着熔化开始温度降低，熔化深度增大并且熔化率也增加。判断熔化是否存在是以板坯中部表面的熔化是否大于60％来决定的。熔化深度是通过腐蚀已抛光的横断面然后根据全相组织进行判断而获得的数值。

由于即使当推进速度大得足以产生熔化区域时熔化的量也很小，所以可在接合板坯时不出现毛边。

如上所述，按照本发明，通过使前后两板坯交叠、在夹紧板坯后调整上剪切刀片和下剪切刀片的重叠量以及在板坯中产生大于板厚2/3的塑性流动变形，可以获得牢固的接合。剪料头的分离可根据塑性流动变形工序中的推进深度来进行。不需要的废料头可一次去除。因此，可以通过在热轧机设备的精轧之前连续地加工，从而提高生产率和产量并实现自动操作。

虽然本发明主要用于加工钢材，但本发明也可在目标材料改变的情况下应用。例如，本发明可用于铝合金等由一层牢固的氧化膜覆盖的材料。由于其变形特性和氧化膜特性不同于那些钢材，所以已证实，通过限制小于钢材的重叠量、产生大于钢材的塑性流动变形，可以获得牢固的接合。如上所述，本发明可应用于非钢材(non-steel)生产线。

增大本发明中的重叠量意味着上板的剪切端部压紧在下板上并产生形变。也就是说，当重叠部的长度增大时，用于摩擦上下板的推力变大，而且两块板的塑性变形也变大。当重叠量为正值时，上下板的剪切表面端部产生一点摩擦，两板的新表面相互接触，虽然两板产生了接合但推力和塑性变形小，因此，结果是仅获得不足的接合强度。重叠的必需量取决于将要接合的板的种类和厚度。

图2的特征在于上剪切刀片的形状。只要上剪切刀片摩擦剪切面就已足够，使其它部分变形只不过是损失能量。过去采用的方法是使上板向上移动，以使上板的高度相同。在本发明中，上下板夹具的位置没有改变，而是把剪切刀片设计成这样一种形状，当从侧向观看时该剪切刀片具有一倾斜表面，也就是说，剪切刀片具有这样的形状，这种形状可使在上板接合表面处上下板处于同一高度并且在夹紧位置处板的保持位置没有发生变化。

因此，与上板的设定位置产生变化的装置相比，这种接合装置的结构简单并且能量损失小。

实施例2

设备的基本构成与实施例1相同，剪切刀片和夹具的形状如图11所示。夹紧装置7与下剪切刀片9平行地倾斜。由这一结构，使夹紧装置7与下剪切刀片9平行地倾斜，以便在剪切刀片8推压在金属板2的过程中在接合表面产生大的推压力。在这一场合下，上剪切刀片8与下剪切刀片9间存在重叠部以产生夹压力。由于在接合表面产生大的推压力，所以接合强度大并且接合后的接合部形状平直。因此，它的一个优点就是可以省去接合后的矫直工序。

实施例3

如图12所示，上剪切刀片8与下剪切刀片9平行地连接。在这一结构中，通过下移上剪切刀片8，可在上下剪切刀片间产生夹压金属板1、2的力。该夹压产生塑性流动，从而以同于实施例1的原理将两板接合在一起。在这一结构中，由于接合后的金属板也是平直的，所以可省去接合后的矫直工序。

实施例4

如图13所示，切去两块板的端部以进行对接，将切下的高温金属板15或预先备好的高温金属板15置于金属板对接部分的上表面或下表面，并从上表面或下表面推压剪切刀片以接合金属板，在这一切完成之后即可将两金属板接合起来。在这一方法中，虽然增加了诸如为对接而进行的剪切等剪料头处理和预处理，但可省去矫直工序。在这一情形下，即使在上剪切刀片8与下剪切刀片9之间没有重叠部，也可在金属板中由楔子作用(wedge-effect)产生大的压力，并产生足够的塑性流动变形。另外，也可以用两块金属板交叠的方式代替使用三块金属板来接合金属板。

也就是说，在本发明中，不管剪切刀片的布置如何都可在要接合的金属板的一个很小区域作用一夹压力(也可称为“受限压力”)，以在金属板中产生大于普通塑性变形率的变形并因此获得大的接合强度。

实施例5

图16为按照本发明的整个热轧机设备。由于接合装置后面的精轧机的速度大于连铸机的速度，所以在用于轧制来自连铸机的板坯的粗轧机20与接合装置之间，需要有一台称为中间卷绕机15的、用于控制金属板卷取速度的装置，以与生产线的速度匹配。通过用矫直机16消除中间卷绕机的卷取滞后(coiling hysteresis)以后，用接合装置接合金属板。接合装置在沿轨道行走期间完成接合动作。由于在使用本发明接合装置的场合产生称为剪料头的剪切废料，所以要进行用于去除剪料头的剪料头处理17，然后使金属板通过精轧机18、19从而生产出产品。由于本发明的接合装置在3秒钟内完成接合动作，所以可缩短接合装置行走的距离。因此，中间卷取机与精轧机间的距离可设定在65m内。这样，就可以减小连续热轧设备。

实施例6

图17为本发明接合装置的基本结构。标号21为上剪切刀片，标号25为下剪切刀片。下剪切刀片25分成接合侧下剪切刀片22和材料支承下剪切刀片24，并且下剪切刀片22和24由一重叠量调节器23连接在一起。标号27为前一板坯，标号26为随后的一块板坯。图18为基本构成的一个例子，其中，本发明的接合装置应用于连续热轧机设备。标号27为前一块板坯，标号26为随后的一块板坯。在将板坯交叠之前用一除氧化皮装置31除去板坯26、27表面上的氧化膜。

设备中设有一升降机构32，用于将后一板坯26堆在前一板坯27上。在将板坯交叠在一起后用加热器33将板坯加热到预定温度。下剪切刀片22和24形成下剪切刀片25的凹部，其相互间的距离设定成这样，即能在上剪切刀片21与材料支承剪切刀片24之间形成必要的重叠，以产生足够的塑性流动。将上剪切刀片21推入到板坯，并且使推入的深度为板坯厚度或更大，以产生塑性流动并由此将板坯接合在一起。在接合过程中形成的剪料头由剪料头分离装置34分离，然后，将接合好的板坯输送到精轧机35。除氧化皮装置具有布置在板坯上下两侧的喷水嘴29和30。

在图18所示设备中，对宽1500mm厚30mm的板坯(软钢)进行连续热轧。由高压水喷射对1000℃的前一块板坯和900℃的后一块板坯进行部分除氧化皮，然后将两块板交叠。将交叠部加热并调整到950℃，然后送到接合装置。接合装置如图17所示。这里，上剪切刀片21与接合表面侧下剪切刀片22和材料支承下剪切刀片24之间的重叠量相应地调整到3mm和0mm。上剪切刀片21具有图17所示的尖角形，该尖角部的半径为240mm。刀片在板坯纵向上的长度为100mm，刀片的宽度为1600mm。下剪切刀片的下凹部都垂直于板坯。将上剪切刀片推压进入板坯，推进的深度为板坯厚度的1.2倍，即36mm，推进速度为300m/s，由此使前后板坯局部产生塑性流动并将板坯接合。此时，相应于上剪切刀片上最后接触板坯的那一部分的、下板坯的部分，进入材料支承下剪切刀片约5mm。接着，一抓钩压入剪料头将其分离，从而完成接合。已进行接合的板坯被送到精轧机轧制。结果，可进行连续轧制而不在板坯的接合部产生断裂。上述过程的每一步骤都示于图19。在该实施例中，如图19所示，从部分除氧化皮的步骤1到剪料头分离的步骤7，所需时间为5秒。进行模拟板坯的接合试验直到图19中剪料头分离的步骤7，然后从模拟板坯的接合部制取试样，并进行拉伸强度试验。结果，获得与该表相同的拉伸强度。

实施例7

采用实施例6的接合装置进行接合试验，试验中分别将上剪切刀片与接合表面侧下剪切刀片和材料支承下剪切刀片的重叠量调整为1.5mm和0mm；0mm和0mm；0.5mm和0mm；以及5mm和0mm。在任一情形下，都可获得很好的接合强度。当上剪切刀片与接合表面侧下剪切刀片间的重叠量固定为3mm时，将上剪切刀片与材料支承下剪切刀片间的重叠量变为-3mm、-1.5mm，1.5mm并进行接合试验。在任一情形下，都获得很好的接合强度。

另外，将上剪切刀片与接合表面侧下剪切刀片和材料支承下剪切刀片之间的重叠量分别设为3mm和0mm，改变上剪切刀片的推进速度为5mm/s、10mm/s、50 mm/s、100 mm/s、500 mm/s，并进行接合试验。结果表明，推进速度越快，则接合强度越大。

另外，在与实施例6相同的条件下，将下剪切刀片向上推进36mm进行接合试验，获得了与实施例6相同的接合强度。

实施例8

除了接合表面侧下剪切刀片36外，下剪切刀片37具有与实施例6中接合装置的下剪切刀片25相同的结构。剪切刀片36具有向上剪切刀片侧倾斜的形状，如图20所示，倾斜角相对垂直方向为5°。采用这一接合装置进行厚30mm的软钢模拟板坯的接合试验。重叠量、推进行程以及推进速度与实施例6的条件相同。接合部的强度为350MPa，获得高于实施例6的强度。另外，将接合表面侧下剪切刀片的角度设为10°、15°以及20°，进行接合试验。结果表明，随着角度增加接合强度也有增加的趋势。

实施例9

本实施例的接合装置如图21所示，除了上剪切刀片38具有向接合表面侧下剪切刀片24一侧倾斜的形状外，其它与实施例6相同。相对于垂直方向倾斜角为15°。采用该接合装置对厚30mm的软钢模拟板坯进行接合试验。重叠量、推进行程以及推进速度与实施例6的条件相同。接合部的强度大于实施例6。

实施例10

除接触薄板坯27的下刀片表面相对板坯行进方向倾斜外，本实施例的下剪切刀片41与实施例6中接合装置的下剪切刀片相同。相对行进方向的倾斜角为15°。下剪切刀片41包括接合侧下剪切刀片41′和材料支承下剪切刀片40。如图22所示，上剪切刀片39的形状是这样的，下表面与这样一条直线的交点是一段弧的起始点，该直线通过上表面与在垂直方向上的前侧的交点并且前侧成15°倾角。在该起始点处的切线平行于该薄板坯。采用该接合装置对厚30mm的软钢模拟板坯进行接合试验，其中，重叠量、推进行程和推进速度分别为0mm、38mm和300mm/s。接合部的强度足以承受轧制。

实施例11

如图23所示，上剪切刀片42与实施例6中接合装置的上剪切刀片21的不同之处在于，上剪切刀片42固定到臂43的一端并绕臂43的另一端摆动，以推压薄板坯26、27的交叠部。下剪切刀片37与实施例6相同。采用该接合装置对厚30mm的软钢模拟板坯进行接合试验。重叠量、推进行程以及推进速度与实施例6相同。获得与实施例6相同的接合强度。

实施例12

如图24所示，上剪切刀片44固定到臂43，该臂43可绕其一端部摆动。其它结构与实施例6中接合装置的上剪切刀片21相同。在这一场合下，下剪切刀片与实施例6相同。用该接合装置对厚30mm的软钢模拟板坯进行接合试验。重叠量、推进行程、推进速度与实施例6的条件相同。获得了与实施例6相同的接合强度。

实施例13

如图25所示，在实施例6的接合装置中，上剪切刀片分成三部分45、46、46，并设有这样一个装置，该装置可使两端的剪切刀片46向下凸出超过中间的剪切刀片45。在两端的剪切刀片46的宽度为400mm，中间的剪切刀片45的宽度为1400mm。采用该接合装置接合宽1400mm和1500mm的板。每块板的厚度都为30mm。预先将凸出部的高度调整到30mm，三个剪切刀片45、46、46每一个的推进行程都为30mm。获得了足够的接合强度。剪料头可以用与实施例6相同的方式容易地进行分离。

实施例14

采用实施例6的接合装置接合厚20mm的薄板坯和厚30mm的薄板坯。每一薄板坯的宽度都为1500mm。重叠量与实施例6相同。推进行程设为36mm，也就是说，它是较厚一块薄板坯厚度的1.2倍。获得了与

实施例6相同的强度。

实施例15

如图26所示，上剪切刀片47是将实施例6接合装置中那样的上剪切刀片形成为这样的形状，在薄板坯纵向上的刀片的1/3与薄板坯平行，后面接着的部分是与薄板坯成10°倾角的直线，最后的接触部分是一半径为30mm的弧段。采用该接合装置对厚30mm的软钢模拟板坯进行接合试验。重叠量、推进行程以及推进速度与实施例6的条件相同。接合强度大于实施例6。

实施例16

如图27所示，上剪切刀片48是将实施例6接合装置中那样的上剪切刀片形成为多弧形，该多弧形由沿着薄板坯纵向的多个弧段形成。在图27中，半径R1为360mm,R2为120mm,R3为80mm,R4为30mm,该表面形成为光滑变化曲线。采用该接合装置对厚30mm的软钢模拟板坯进行接合试验。重叠量、推进行程、推进速度与实施例6的条件相同。接合强度大于实施例6。

实施例17

如图28所示，上剪切刀片49是将实施例6接合装置中那样的剪切刀片形成为这样的形状，其开始接触薄板坯的部分从接合部向后侧移动了一点。该上剪切刀片的下侧为弧形，半径为240mm。如图28所示，该弧从与铅垂前侧成10°的位置开始。采用该接合装置，对厚30mm的软钢模拟板坯进行接合试验。推进行程为40mm，其它接合条件与实施例6相同。获得的接合强度与实施例6相同。

实施例18

如图29所示，上剪切刀片50是将实施例6接合装置中那样的上剪切刀片形成为波形，从薄板坯上侧看时该波形由多个三角形构成。从薄板坯横向侧观看，上剪切刀片的形状由一平行于板坯的直线和一弧线构成，该直线为相应于波形部的部分，而弧线为其余部分。从板坯上侧观看，下剪切刀片51的形状为与上剪切刀片形状相同的波形。采用该接合装置对厚30mm的软钢模拟板坯进行接合试验。重叠量、推进行程以及推进速度与实施例6相同。获得的接合强度高于实施例6。

实施例19

如图30、31所示，实施例6接合装置的上剪切刀片的形状形成为波形，从薄板坯上侧观看时该波形为弯曲形或矩形，在这里形成上剪切刀片52或54。从薄板坯的横向观看时上剪切刀片的形状是这样的，相应于波形的部分是平行于板坯的一条直线和一条弧线，而其余部分是一条弧线。下剪切刀片53、55的形状从板坯上侧看为波形，该波形与上剪切刀片的形状相同。利用该接合装置，对厚度为30mm的软钢模拟板进行接合试验。重叠量、推进行程以及推进速度与实施例1的条件相同。获得的接合强度高于实施例1。

实施例20

如图32，上剪切刀片56，是这样形成的：将实施例6接合装置的上剪切刀片的形状形成V形，当从薄板坯上侧观看时，该V形在宽度方向上的两端向前凸出。从薄板坯横向观看时上剪切刀片56的形状是这样的，直到与V形底部对应部位的这一段为一平行于板坯的直线和一弧线，其余部分为一弧线。下剪切刀片57的形状与上剪切刀片相对应。采用该接合装置对与实施例6相同的薄板坯进行接合，接合条件与实施例6相同，然后进行精轧。结果是，轧后的端部裂纹少于实施例6。

实施例21

如图33所示，上剪切刀片58是这样形成的，即，将实施例6接合装置的上剪切刀片形成为由多个三角形构成的V形(从薄板坯上侧观看时)，该V形在宽度方向的两端向前侧凸出。从薄板坯横向观看时，上剪切刀片58的形状是这样的，直到与V形底部对应部位的这一段为一平行于板坯的直线和一弧线，其余部分为一弧线。下剪切刀片59的形状与上剪切刀片相对应。采用该接合装置对与实施例6相同的薄板坯进行接合，接合条件与实施例6相同，然后进行精轧。结果是，获得了大于实施例6的接合强度，并且在轧制后几乎没有出现端部裂纹。

实施例22

本实施例的一种接合装置是这样的种类：其中，如图3所示，实施例1中的剪切刀片8(上剪切刀片)和支承装置9(下剪切刀片)同时移向需接合的板坯并且剪切刀片8压入薄板坯的重叠部分。上、下剪切刀片8、9的形状、压入速度、压入深度及交叠量均与实施例1相同。此外，该接合装置是一种固定型，即：该接合装置本身不随薄板坯的移动而移动，并且它是一种摆动型的，其中上、下剪切刀片8、9垂直于薄板坯的走向而移动。

即，在该接合装置中，当剪切刀片8和支承装置9通过具有一使用的曲柄的速度同步装置而以板坯的走向被移动时，该剪切刀片8和支承装置9也同时垂直地移向板坯并使它们接合。在本实施例中，也获得了与实施例1相同的强度。

根据本发明的第一项发明，可在短时间内获得足够牢固的金属板接合。尤其是可以提供这样一种接合装置，该接合装置布置在热带轧机和精轧机之间；并且有必要提供该装置，因为在这两种轧机间存在轧制速度的差别；该装置适合用于接合薄板坯。

按照本发明的第二项发明，由于接合所需时间短，所以可缩短整个轧制设备的长度。可以省去一活套挑。由于可获得足够的接合强度，所以不存在轧制期间板坯接合部位破断和划伤轧辊表面的问题。

按照本发明的第三项发明，可以获得牢固的金属板接合。

Claims (21)

1．一种用于在金属板的端侧接合金属板的接合装置，包括：

一交叠装置(3)，用于将金属板(1,2)要接合的部分交叠在一起；

至少两个支承装置(9)，用于在金属板一侧支承金属板交叠部；

一剪切刀片(8)，它布置在支承装置(9)的对面位置上；以及

一用于相对移动所述剪切刀片(8)和所述支承装置(9)中的至少一个的移动装置，

其特征在于：

所述剪切刀片具有这样的形状：所述剪切刀片的剪切边缘部比该剪切刀片的其它边缘部更接近金属板(1,2)的交叠部；

所述剪切刀片(8)的延长线与所述支承装置(9)相交；

借助于所述剪切刀片(8)和支承装置(9)的相对运动，把要被接合的板的交叠部夹持住，并经加压而产生塑性延伸，使该金属板(1,2)的干净端面彼此压向对方。

2．如权利要求1所述的接合装置，其特征在于：所述剪切刀片沿直线向所述支承装置相对移动，并存在一重叠部，当沿着平行于所述剪切刀片相对动作线的方向观看时，所述剪切刀片与所述支承装置的其中一个重叠。

3．如权利要求2所述的接合装置，其特征在于：所述重叠部在金属板纵向上等于或小于10mm。

4．如权利要求1所述的接合装置，其特征在于：所述剪切刀片与所述支承装置中的所述至少一个从所述剪切刀片与交叠金属板表面的接触位置开始的动作行程，是交叠金属板中厚度最大的金属板的最大厚度的50-150％。

5．如权利要求1所述的接合装置，其特征在于：它还包括一驱动轮装置，借助于该驱动轮装置所述接合装置可在轨道上移动。

6．如权利要求1所述的接合装置，其特征在于：所述支承装置相互连接，形成一向所述金属板开口的凹形。

7．如权利要求1所述的接合装置，其特征在于：金属板是热轧板。

8．如权利要求1所述的接合装置，其特征在于：从金属板纵向的横向侧观看时，所述剪切片的断面形状为一不规则四边形的多边形，所述剪切刀片与金属板的接触面积连续地变化，所述剪切刀片中最先接触到金属板的那一部分与金属板纵向的夹角为0°。

9．如权利要求1所述的接合装置，其特征在于：从金属板纵向的横向侧观看到的所述剪切刀片的断面形状，沿着金属板的宽度方向是变化的。

10．如权利要求1所述的接合装置，其特征在于：从金属板的上侧或下侧观看时，所述剪切刀片的断面形状沿纵向由直线或曲线形成波形。

11．如权利要求1所述的接合装置，其特征在于：从金属板的上侧或下侧观看时，所述剪切刀片的断面形状沿纵向为一V字形，该V字形在宽度方向上的两端都向金属板前侧凸起。

12．如权利要求6所述的接合装置，其特征在于：所述凹形支承装置的支承部的相对表面之间的在金属板纵向上的距离，朝着所述剪切刀片一侧变小，从而靠近所述剪切刀片的剪切边缘部的相对侧在该剪切边缘部内。

13．如权利要求1所述的接合装置，其特征在于：设有一个除氧化皮装置，用于对金属板要交叠部的至少一个部分进行去除氧化皮处理之后，将金属板交叠。

14．如权利要求6所述的接合装置，其特征在于：形成所述凹形的所述支承装置之间在金属板纵向上的长度小于所述剪切刀片在金属板纵向上的长度。

15．如权利要求1所述的接合装置，其特征在于：设有一温度调节器，用于在接合前调整要接合的金属板的温度。

16．如权利要求1所述的接合装置，其特征在于：所述剪切刀片与所述支承装置中的所述至少一个推进金属板的速度等于或大于5mm/s。

17．一种热带轧机，包括：

一中间卷绕机，用于卷取金属板；

一矫直机，用于矫直来自所述中间卷取机的金属板；

一接合装置，交叠来自所述矫直机的金属板并接合该金属板；

一剪料头处理装置，用于分离在接合过程中形成的剪料头；以及

一精轧机；

其特征在于：所述接合装置包括：

一交叠装置(3)，用于将金属板(1,2)要接合的部分交叠在一起；

至少两个支承装置(9)，用于在金属板一侧支承金属板交叠部；

一剪切刀片(8)，它布置在支承装置(9)的对面位置上；以及

一用于相对移动所述剪切刀片(8)和所述支承装置(9)中的至少一个的移动装置，

其中：

所述剪切刀片具有这样的形状：所述剪切刀片的剪切边缘部比该剪切刀片的其它边缘部更接近金属板(1,2)的交叠部；

所述剪切刀片(8)的延长线与所述支承装置(9)相交；

借助于所述剪切刀片(8)和支承装置(9)的相对运动，把要被接合的板的交叠部夹持住，并经加压而产生塑性延伸，使该金属板(1,2)的干净端面彼此压向对方。

18．一种接合金属板的方法，包括如下步骤：

交叠至少两块金属板以提供一交叠部；

在一剪切刀片和一支承装置之间，夹压所述金属板的交叠部分，其中，所述的剪切刀片和支承装置设置成：在该金属板的纵向，所述剪切刀片的刀片缘部与所述支承装置交叠；

通过使所述剪切刀片和支承装置的至少一个相对于另一个移动，在金属板交叠部的至少一个部分沿着金属板厚度方向施加剪切力，其中，所述金属板产生塑性变形，一块金属板的塑性变形的端部推至另一块金属板的塑性变形的端部，至少一个塑性变形的端部被剪切，当该端部沿金属板的纵向被彼此相互推压时，所述金属板被接合；以及

在该交叠部的剪切表面产生使该剪切表面相互推压的压力，使金属板接合。

19．一种权利要求18所述的方法，其特征在于：将至少两块金属板交叠在一起，使该金属板交叠部的至少一部分延伸以产生等于或大于1000％的变形率，并在同时从金属板外侧对金属板作用使延伸部分相互推压的力，从而接合金属板。

20．一种接合金属板的方法，包括如下步骤：

交叠至少两块金属板以形成交叠部；

在纵向上约束金属板的整个交叠部；

靠一剪切刀片和一支承装置，沿着所述金属板的厚度方向从金属板外侧在金属板的交叠部的至少一部分上施加夹压该至少两块金属板的压力，以使金属板塑性变形，并使该一块金属板的塑性变形的端部推至另一块金属板的塑性变形的端部，并相互挤压所述的塑性变形的端部，从而接合金属板，其中，所述的剪切刀片和支承装置设置成：在该金属板的纵向，所述剪切刀片的刀片缘部与所述支承装置交叠。

21．如权利要求18所述的接合金属板的方法，其特征在于：在交叠金属板之前去除该金属板至少一部分的表面上的氧化皮。

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